專利名稱：雙狹縫凸面光柵成像光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)元件、系統(tǒng)，具體是指一種用于機(jī)載或星載對(duì)地觀察超光譜成像 儀中的一種雙狹縫凸面光柵成像光譜儀。
背景技術(shù)：
目前常見的凸面成像光譜儀一般采用OFFNER結(jié)構(gòu)，在物空間放置單狹縫。例如在 專利CN1391090A中，沈蓓軍等提出的折反射式凹面光柵成像光學(xué)系統(tǒng)中，在物空間放置單 狹縫，子午方向視場(chǎng)屬于線視場(chǎng)，像方放置焦平面器件，接受來(lái)自該狹縫的空間維和光譜維 的成像。在專利US2003/0067600A1中，Brian Curtiss等提出的單光譜儀多輸入方法與系 統(tǒng)中，其光譜儀為測(cè)量光強(qiáng)的光柵為凹面，通過分割單狹縫實(shí)現(xiàn)多輸入，子午方向視場(chǎng)亦屬 于線視場(chǎng)，系統(tǒng)僅得到每個(gè)輸入的光譜維信息，不包含空間維成像信息。在航空航天遙感應(yīng)用中，將凸面光柵成像光譜儀狹縫平行于飛行方向放置，通過 沿軌方向飛行的推帚掃描，對(duì)地物成三維光譜圖像，其每一次成像只能獲取一個(gè)條帶的光 譜成像，在高速飛行的航天器中，存在著成像幀頻過高的問題。凸面光柵成像光譜儀弧矢視場(chǎng)(穿軌方向)比較大，其狹縫長(zhǎng)度可以達(dá)到60mm甚至 更長(zhǎng)，這樣在像方的視場(chǎng)隨著擴(kuò)大。而目前工藝水平不能做到這種大尺寸的焦平面器件，因此 一般采用器件的拼接來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用傳統(tǒng)的單狹縫線視場(chǎng)凸面光柵成像光譜儀時(shí)，焦平面器件 拼接存在間隙，會(huì)造成地物圖像缺失。此外，寬幅大視場(chǎng)的光譜成像儀，譜面存在較大彎曲。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述傳統(tǒng)凸面光柵成像系統(tǒng)存在的兩個(gè)的問題，本發(fā)明提出一種雙狹縫凸面 光柵成像光譜儀。本發(fā)明的目的是通過拓展視場(chǎng)在物空間設(shè)置雙狹縫，使像空間不同位置 形成對(duì)應(yīng)狹縫各自的譜面，可以用多個(gè)探測(cè)器模塊交錯(cuò)排放消除拼接間隙和圖像的缺失，并 通過對(duì)探測(cè)器空間位置的調(diào)整，改善成像質(zhì)量與光譜彎曲；也可以在同一探測(cè)器上形成雙狹 縫光譜成像，將測(cè)器讀出幀頻降低一倍，解決高速飛行的航空航天器中儀器幀頻過高的問題。本發(fā)明的雙狹縫凸面光柵成像光譜儀的結(jié)構(gòu)如圖1所示，按順序由物空間狹縫1， 狹縫2，折射透鏡3，凹球面反射鏡4，凸球面反射光柵5構(gòu)成的成像光學(xué)系統(tǒng)。來(lái)自物空間 狹縫1，狹縫2的光束1與光束2，經(jīng)折射透鏡3，射向凹球面反射鏡4，經(jīng)其反射至凸球面反 射光柵5，再由凸球面反射光柵5，射向凹球面反射鏡4，再由凹球面反射鏡4，經(jīng)折射透鏡3， 在像空間形成譜面6，譜面7。面陣探測(cè)器放置于譜面6，譜面7上。本發(fā)明最大的優(yōu)越性是克服傳統(tǒng)光譜儀單條狹縫的局限，在物空間設(shè)置雙狹縫， 像空間同時(shí)得到雙狹縫對(duì)應(yīng)的譜面，在兩譜面上放置同一面陣探測(cè)器，可將讀出電路幀頻 的要求降低一倍。在寬幅大視場(chǎng)光譜儀中，可在兩譜面上交錯(cuò)成品字形排列多各探測(cè)器，解 決大面陣器件拼接過程中存在間隙而造成地物圖像缺失的問題，同時(shí)可改善光譜彎曲。


圖1為雙狹縫凸面光柵成像光譜儀的結(jié)構(gòu)圖，其中R1為折射透鏡3前表面半徑； R2為折射透鏡3后表面半徑；R3為凸球面反射光柵半徑；R4為凹球面反射鏡4半徑；dl為 狹縫1與狹縫2所在物空間平面與折射透鏡3之間距離；d2為折射透鏡3與凹球面反射鏡 4之間距離；d3為凹球面反射鏡4與凸球面反射光柵5之間距離；d4為折射透鏡3厚度，d5 為折射透鏡3與譜面6、譜面7所在像空間平面之間距離，d6為狹縫2離軸量；d7為狹縫1 離軸量；d8為譜面7離軸量；d9為譜面6離軸量；圖2為圖1所示雙狹縫凸面光柵成像光譜儀的左視圖，其中狹縫1，狹縫2位于同 一平面內(nèi)；譜面6，譜面7位于同一平面內(nèi)；圖3為譜面6，譜面7上面陣探測(cè)器的排列方式；可以放置同一面陣探測(cè)器在譜面 6與譜面7上(圖3a)，也可以交錯(cuò)成品字形排列(圖3b)。具體實(shí)施方法按本發(fā)明中附圖1所示的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一雙狹縫成像光譜儀，光譜 儀的技術(shù)指標(biāo)如下工作波段1·0μπι 2·5μπι系統(tǒng)F 數(shù)F/3.0;物空間狹縫長(zhǎng)度60mm光譜分辨率312nm/mm雙狹縫成像光譜儀物空間采用狹縫1的離軸量為75mm，狹縫尺寸為60mmX 0. 03mm ；狹縫 2的離軸量為57mm，尺寸為60mmX0. 03mm ；雙狹縫之間間距為18mm ；狹縫1對(duì)應(yīng)譜面6的離軸量 為-80. 6mm，尺寸為60mmX4. 8mm ；狹縫2對(duì)應(yīng)譜面7的離軸量為"62. 6mm，尺寸為60mmX4. 8mm。系統(tǒng)的探測(cè)器可采用如下選擇a)選用單個(gè)2048 X 1024元短波紅外MCT探測(cè)器，像元大小為30 μ mX 30 μ m ；該探 測(cè)器同時(shí)覆蓋譜面6，譜面7，如圖3a所示。b)選用8個(gè)256 X 256元短波紅外MCT探測(cè)器，像元大小為30 μ mX 30 μ m;譜面6、 譜面7交錯(cuò)成品字形排列放置4短波探測(cè)器，如圖3b所示。系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表離軸量(mm)物象高(mm)曲率半徑(mm)間隔(mm) 備注
物面狹縫17560X0.030
物面狹縫25760X0.03dl135
透鏡30Rl -118..85d413 石英
0R2 -132.51d2 194. 11
反射鏡40R4 -331..27d3:-171.79
凸面光柵50R3 -159. 68d3:171.79 20 線對(duì) /mm
反射鏡40R4 -331..27d2:-194. 11
透鏡30R2 -132..51d4-13 石英
0Rl -118.85d5 -113. 57
像方譜面6-80.660X4.8平面0
像方譜面7-62.660X4.8平面
權(quán)利要求
一種雙狹縫凸面光柵成像光譜儀，包括雙狹縫、折射透鏡、凸球面反射光柵和凹球面反射鏡，其特征在于在物平面離軸放置了兩條平行狹縫，即狹縫(1)與狹縫(2)；在像空間與狹縫(1)與狹縫(2)對(duì)應(yīng)的譜面(6)，譜面(7)上放置一面陣探測(cè)器，或者交錯(cuò)成品字形排列放置多個(gè)面陣探測(cè)器；來(lái)自物空間狹縫(1)，狹縫(2)的光束1與光束2，經(jīng)折射透鏡(3)，射向凹球面反射鏡(4)，經(jīng)其反射至凸球面反射光柵(5)，再由凸球面反射光柵(5)，射向凹球面反射鏡(4)，再由凹球面反射鏡(4)，經(jīng)折射透鏡(3)，在像空間形成譜面(6)和譜面(7)，譜面(6)和譜面(7)上的光譜信息被安置在譜面上的面陣探測(cè)器獲取。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于星載或者機(jī)載對(duì)地觀察雙狹縫凸面光柵成像光譜儀，該系統(tǒng)為折射透鏡，凸球面反射光柵和凹球面反射鏡構(gòu)成的成像光譜儀，通過在物空間設(shè)置雙狹縫，使像空間不同位置形成對(duì)應(yīng)狹縫各自的譜面，譜面上可以用多個(gè)探測(cè)器模塊交錯(cuò)排放拓展視場(chǎng)，通過對(duì)多個(gè)探測(cè)器進(jìn)行空間位置的調(diào)整，可改善成像質(zhì)量與光譜彎曲；也可以在同一探測(cè)器上形成雙狹縫光譜成像，將探測(cè)器讀出幀頻要求降低一倍，解決高速飛行的航空航天器中儀器幀頻過高的問題。主要應(yīng)用于機(jī)載或星載光譜成像系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01J3/28GK101975611SQ20101028534
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者丁學(xué)專, 劉書鋒, 劉成林, 劉銀年, 楊波, 薛永祺 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所